比热容比测定

空气比热容比测定空气比热容比测定是一种重要的热学实验方法，用于测定不同物质的比热容比。

该方法是通过对物质受热时温度变化的观察和测量，计算出其比热容比，从而了解其热学特性。

下面将详细介绍空气比热容比测定的方法、原理和实验步骤。

一、原理空气是一种常见的物质，其呈现一系列特殊的物理和化学性质。

空气比热容比是指在不同温度和预设压力下，单位质量的空气和单位质量的水的比热容。

比热容是指在给定的条件下，单位质量物质升高温度的热量。

合理地选择实验条件和合适的实验方法，能够准确地测定空气的比热容比，为空气的热学特性提供重要的参考数据。

二、实验步骤1.准备实验器材：热水槽、热水器、热量计、温度计、架子、各种试管和夹子等。

2.预热热水槽：将热水器加热至100℃，把热水倒入热水槽中进行预热。

这一步是为了使热水槽的温度达到定值，从而保证实验的准确性。

3.测定水的比热容：将一定质量的水倒入试管中，放进热水槽中。

温度计插入试管中，测得水的初始温度。

然后从热水槽中取出试管，快速固定在试管架子上。

此时，将先在水中加热若干时间后再试次，使温度升高相应的数值，否则会影响实验结果。

每次加热，必须要同时搅拌水中的水，使温度分布相对均匀。

每次结束后，记录好试管内水的温度变化，并计算出水的比热容。

4.测定空气的比热容比：打开空气泵，将空气抽入试管中。

试管必须使用夹子加固好。

将被测的试管和已知水的试管放在同一温度下（即热水槽中），放置一段时间后，记录空气试管的初始温度。

与步骤3相同，烘松空气试管，在热水槽中逐渐加热，记录温度变化。

最后计算出空气的比热容比。

5.整理数据：根据测得的数据，计算出空气的比热容比。

在记录实验数据时，需要注意精度问题，保证数据的准确性。

三、注意事项1、在进行空气的比热容比测定实验时，需注意仪器的精度和敏感度，以免影响实验结果的准确性。

2、空气试管不能过满，必须保持适当的密度。

3、在实验中应该避免操作失误，尤其是要避免粗心大意和急躁情绪。

实验二 空气比热容比和液体粘滞系数的测定(一) 空气比热容比的测定【实验简介】空气的比热容比 又称气体的绝热指数, 是系统在热力学过程中的重要参量。

测定 值在研究气体系统的内能, 气体分子的热运动以及分子内部的运动等方面都有很重要的作用。

如气体系统作绝热压缩时内能增加, 温度升高；反之绝热膨胀时, 内能减少, 温度降低。

在生产和生活实践中广泛应用的制冷设备正是利用系统的绝热膨胀来获得低温的。

除此以外, 测定比热容比还可以研究声音在气体中的传播。

由上可见, 测定气体的比热容比是一个重要的实验。

本实验采用绝热膨胀法测定空气的 值。

【实验目的】1.用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

2.观察热力学过程中系统的状态变化及基本物理规律。

3.学习使用空气比热容比测定仪和福廷式气压计。

【实验仪器】空气比热容比测定仪（FD —NCD 型, 包括主机, 10升集气瓶连橡皮塞和活塞, 打气球, 硅压力传感器及同轴电缆, AD590温度传感器及电缆）、低压直流电源（VD1710—3A ）、电阻箱（或 定值标准电阻）、福廷式气压计（共用）。

【实验原理】1.理想气体的绝热过程有 , 叫做理想气体的比热容比或绝热指数。

和 分别是理想气体的定压摩尔热容和定体摩尔热容, 二者之间的关系为 （ 为普适气体恒量） 2.如图所示, 关闭集气瓶上的活塞 , 打开 , 用打气球缓慢而稳定地将空气打入集气瓶内, 瓶内空气的压强逐渐增大, 温度逐渐升高。

当压强增大到一定值时, 关闭 , 停止打气。

待集气瓶内的温度降至室温 状态稳定时, 这时瓶内气体处处密度均匀, 压力均匀, 温度均匀。

此时取瓶内体积为 的一部分气体作为我们的研究对象, 系统处于状态1 , 这部分气体在接下来的膨胀中体积可以恰好充满整个瓶的容积 。

突然打开活塞 进行放气, 放掉多余的气体, 使系统迅速的膨胀, 达到状态2 , 随即又迅速关闭 。

是环境大气压。

由于放气过程迅速, 可视为绝热过程, 故有1102PV PV γγ= （1）3.关闭 后, 瓶内气体的温度会由 缓慢回升至室温 , 与此同时, 压强也会逐渐增大。

气体比热容比的测定实验报告及数据一、实验目的1、学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

2、观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。

3、学习使用数字压力计和温度计等热学实验仪器。

二、实验原理气体的比热容比γ定义为定压比热容Cp与定容比热容Cv之比，即γ ＝ Cp ／ Cv。

对于理想气体，γ值只与气体分子的自由度有关。

本实验采用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

实验中，通过让一定量的气体在绝热条件下进行膨胀，测量膨胀前后气体的压强和温度，从而计算出比热容比。

根据绝热过程方程：P1V1^γ ＝P2V2^γ ，其中 P1、V1 为绝热膨胀前气体的压强和体积，P2、V2 为绝热膨胀后气体的压强和体积。

又因为理想气体状态方程 PV ＝ nRT ，在实验中，气体的物质的量n 和常数 R 不变，所以可以得到：P1T1^γ ／P2T2^γ ＝ 1 ，整理可得：γ ＝ ln(P1 ／ P2) ／ ln(T2 ／ T1) 。

三、实验仪器1、比热容比测定仪：主要由储气瓶、打气球、压力传感器、温度传感器等组成。

2、数字压力计：用于测量气体的压强。

3、数字温度计：用于测量气体的温度。

四、实验步骤1、打开数字压力计和数字温度计的电源，预热一段时间，使其读数稳定。

2、用打气球向储气瓶内缓慢打气，直至数字压力计显示的压强达到一定值（例如 120kPa 左右）。

3、关闭打气球的阀门，等待储气瓶内的气体与外界充分热交换，使温度稳定。

记录此时的压强 P1 和温度 T1 。

4、迅速打开放气阀，让气体绝热膨胀，当压强降至一定值（例如80kPa 左右）时，迅速关闭放气阀。

5、等待储气瓶内的气体与外界再次充分热交换，使温度稳定。

记录此时的压强 P2 和温度 T2 。

6、重复上述步骤，进行多次测量，以减小误差。

五、实验数据记录与处理｜测量次数｜ P1（kPa）｜ T1（K）｜ P2（kPa）｜ T2（K）｜γ 计算值｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 1185 ｜ 3015 ｜ 782 ｜ 2892 ｜ 142 ｜｜ 2 ｜ 1203 ｜ 3021 ｜ 798 ｜ 2903 ｜ 140 ｜｜ 3 ｜ 1198 ｜ 3018 ｜ 801 ｜ 2898 ｜ 141 ｜｜ 4 ｜ 1212 ｜ 3025 ｜ 789 ｜ 2901 ｜ 143 ｜｜ 5 ｜ 1195 ｜ 3016 ｜ 795 ｜ 2895 ｜ 142 ｜平均值：γ ＝（142 ＋ 140 ＋ 141 ＋ 143 ＋ 142）／ 5 ＝ 142六、误差分析1、实验过程中，气体与外界的热交换不能完全避免，导致温度测量存在误差。

气体比热容比的测定气体的定压比热容p c 与定容比热容V c 之比V p c c /=γ称为气体的比热容比。

气体的比热容比γ是热力学理论及工程技术中常用而且重要的物理量，对它的准确测量也是物理学基本测量之一。

常用的测量气体比热容比γ的方法有很多。

如振动法、超声法和绝热膨胀法等等。

其中振动法是最常用的方法之一，其原理是通过实现热力学中的准静态过程（等温、等容及绝热），小钢球以小孔为中心上下作简谐振动，通过测定振动周期来计算结果。

本实验用振动法测量气体的比热容比γ。

该方法原理简单，操作方便。

通过本实验，有助于大家加深对热力学过程中状态变化的理解。

【实验目的】1、理解气体比热容比的物理意义； 2. 掌握测定空气比热容比的原理及方法2、掌握物理天平、螺旋测微器、数字计时仪的使用方法。

【实验仪器】气体比热容比测定仪、物理天平、螺旋测微器、数字计时仪等仪器。

气体比热容比测定仪的结构及连接方法如图6.2-1所示。

图6.2-1 气体比热容比测定仪整机结构示意图1、底座2、储气瓶I3、储气瓶II4、气泵出气口5、FB213型数显计数计时毫秒仪6、气泵及气量调节旋钮7、橡皮管8、调节阀门9、系统气压动平衡调节气孔 10、钢球简谐振动腔 11、光电传感器 12、钢球【实验原理】实验基本装置如图6.2-2所示，振动小球的直径比玻璃管直径仅小mm 02.0~01.0。

它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插入一根细管，各种气体通过它可以注入到储气瓶中。

当瓶子内压强P 满足2r mgP P L π+=时，钢球A 处于受力平衡状态，式中L P 为大气压强，m 为钢球A 的质量，r 为钢球的半径（直径为d ）。

在精密玻璃管B 的中央开设有一个小孔。

当钢球A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使储气瓶的内压力增大，引起钢球A 向上移动，而当钢球A 处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使钢球下沉。

气体比热容比C P/C V的测定实验目的：1、测定多种气体（单原子、双原子、多原子）的定压比热容C P与定容比热容C V之比。

2、练习使用物理天平、螺旋测微计、数字计时仪、大气压力计等仪器。

实验仪器与用具：振动主体、多功能数字记时仪（分50次、100次两档）、微型气泵、大气压力计、缓冲瓶、螺旋测微计、物理天平、镊子等。

实验原理：气体由于受热过程不同，有不同的比热容。

对应于气体受热的等容和等压过程，气体的比热容有定容比热容C V和定压比热容C P。

定容比热容是单位质量某种气体在保持体积不变的情况下，温度升高1K时所需的热量。

而定压比热容则是单位质量某种气体在保持压强不变的情况下，温度升高1K所需的热量。

显然，后者由于有对外作功而大于前者，即C P＞C V。

因此，比值γ=C P/C V＞1。

一般说来，在实验中测定C V是比较困难的，故C V通常是通过测定 C P及γ值来获得。

本实验将用测定物体在特定容器中的振动周期来计算γ值。

比玻璃管直径仅小0.01～0.02mm它能在此精密的玻璃管中上下移动。

在烧瓶的壁上有一小孔C，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。

为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A 振幅的衰减，因此通过C 管一直注入一个小气压的气流，在精密玻璃管B 的中央开设一个小孔。

当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时注入气体使容器的内压力增大。

引起物体A 向上移动，而当物体A 处于小孔上方的半个振动周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉，以后重复上述过程。

只要适当控制注入气体的流量，物体A 能在玻璃管B 的小孔上下作间谐振动。

振动周期可利用光电计时装置来测量。

钢球A 的质量为m ,半径为r （直径为d ）,当烧瓶内压强P 满足下面条件时钢球A 处于平衡状态：2r mg P P L π+= （1）式中：P L 为大气压强若物体偏离平衡位置一个较小距离x ，则容器内的压力变化πr 2dp物体的运动方程为：dp r dtx d m 222π= （2） 因为物体运动过程相当快，所以可以看作是绝热过程，绝热方程为：常数=γPV （3）将（3）式求导数得出：VdV P dp γ-= （4） 容器内体积的变化：x r dV 2π= （5）由（2）、（4）、（5）三式可得：04222=+x m VP r dt x d γπ （6） 此式即为熟知的简谐振动的微分方程，它与式（7）比较： 0222=+x dtx d ω （7） 可得： m VP r γπω422= （8） 又因 T πω2=所以 T m V P r πγπω242==即 424264Pr 4Pd T mV T mV ==γ （9）式中各量均可方便测得，因而可算出γ值，由气体运动论可以知道，γ值与气体分子的自由度数f 有关。

气体比热容比的确定气体的定压摩尔热容C p,m 与定容摩尔热容C v,m 之比VmPmC C v =为气体的比热容比，也叫泊松比。

它在热力学过程特别是绝热过程（const pV m v =）中是一个很重要的参量。

通过对v 的测定，能对绝热过程中的泊松方程（const pV m v =）和泊松比v 进一步理解。

一、试验目的1．了解用共振法测量气体比热容比的原理； 2．掌握比热容比的测量方法； 3．加深对共振现象的理解；4．进一步理解绝热过程的泊松方程（const pV m v =）和泊松比ν的含义。

二、仪器设备ν测定仪、游标卡尺、物力天平、气压计。

三、试验原理 泊松比 VmPm C C v =（8-1）理想气体有R iC vm 2=(8-2 ) R i R C C Vm pm22+=+= (8-3 )式中 R ——摩尔气体常数，R=8.31J/mol ·K;i ——气体分子的自由度。

单原子分子i=3；双原子分子i=5；多原子分子i=6。

将(8-2 )和(8-3 )式代入(8-1 )式，得ν=（i+2）/i （8-4）由此可见，理想气体的比热容比ν，仅仅与气体分子的自由度i 有关。

对单原子分子的气体，ν=5/3=1.67，对双原子分子的气体，ν=7/5=1.40，对多原子分子气体，ν=8/6=1.33。

现在假设有一个容器，内装待测气体，由一个质量为m 的活塞将其与外界隔绝，且与外界处于平衡状态。

外界的压强为ρ0，气体长为l 0，活塞截面积为S 。

此时气柱的体积为S l V 00=。

建立坐标，如图8-1所示，当活塞产生一个小位移时，气柱体积变为 S x l V )(00-=如果这是一个绝热过程，则有 c o n s t pV v =即 v v v S x l p S l p )()(000-= 化简得 vl x p p --=)1(00 由于x 是小位移，故x/ l 0<<1。

实验五空气比热容比的测定气体的比热容比γ（亦称绝热指数），是一个重要的热力学参量。

测量γ值的方法有多种，绝热膨胀测量γ是一种重要的方法。

传统的比热容比实验大多是利用开口U 型水银压力计测量气体的压强，用水银温度计测温度，测量结果较为粗略。

本实验采用的是高灵敏度的硅压力传感器和高灵敏温度传感器，分别测量气体的压强和温度，克服了原来实验中的不足，实验时能更明显地观察分析热力学现象，实验结果较为准确。

【实验目的】1、 学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比γ；2、观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法。

*3、了解硅压力传感器的工作原理，掌握其使用方法。

【实验原理】一 测量比热容比的原理单位质量（1kg ）的物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量称为这种物质的比热容。

同一种气体由于受热过程不同，有不同的比热容。

对应于气体受热的等容过程及等压过程，气体的比热容有定容比热容C V 和定压比热容C P 。

定容比热容是将气体在保证体积不变的情况下加热，当温度升高1 ℃时所需的热量；而定压比热容则是在保持压强不变的情况下加热，温度升高1℃所需的热量。

显然，对同一种气体C P >C V ,因为定压膨胀过程要对外做功。

{对理想气体C P －C V =R, R=8.31J/mo l ·k,为气体普适恒量}。

通常称γ=C P /C V 为该气体的比热容比。

理想气体的压强p 、体积V 、温度T ，在任何状态下都遵守气态方程C TpV 常量=。

此外，在准静态绝热过程中还遵守绝热过程方程C pV '=γ。

因此γ亦称为绝热指数。

γ的大小与气体种类有关，还与温度有关。

对同一种气体，在常温下γ基本不随温度变化。

测量装置如图示（见实物）。

以储气瓶内空气作研究的热力学系统，进行如下实验过程。

（1） 首先打开放气阀A ，储气瓶与大气相通，再关闭阀 A ；瓶内充满与外界同温、同压气体。

实验10空气比热容比的测定实验目的本实验的目的是利用恒压法测定空气的比热容比γ，并掌握这一方法的基本原理。

实验原理比热容的定义为：在单位质量的物质中，当温度升高1度时，所吸收的热量。

由于单位质量的物质在单位温度升高时所需要的热量是不同的，因此在不同的温度下物质的比热容也是不同的。

在实验室中通常我们采用的是恒压法测量比热容。

具体操作如下：一、实验器材和试剂1．蒸汽锅炉或气化炉2．电子天平3．大型恒温水浴或温箱4．试管或较高的小瓶5．热屏或气泵6．瓶塞或滑动焊接组件7．空气恒压法是基于物理学热力学原理的。

在一个恒定压力下，物质的比热容是可以通过温度的升高来计算的。

首先将空气装在一个密封的容器中，然后在室温下将容器中的气体加热至一定的温度。

然后将容器放入一个大型的恒温水浴中让它自然冷却。

在此过程中，容器内的气体会逐渐降温，并且缩小体积。

当容器内的气温降至实验前的室温时，读取气体体积，温度以及质量的数据。

通过这些数据可以计算出空气的比热容比γ。

实验步骤本实验的设备及器材：1. 恒压装置：实验室内可用玻璃试管，应改用滑动焊接组件，容量为100ml 左右，直径1.8cm 左右，高11cm 左右，上端应有连接气泵的直接管道。

2. 实验用气：在恒压容器中装入干燥的、已过活性炭净化处理的空气，管道和接点处封料应堵塞密度高，塑料质地好。

3. 恒压泵：气动或机械式泵。

4. 热屏或气泵：用于获得与恒温水浴相同的温度。

5. 电子天平：测定容器和测量过程中工具的质量。

6. 温度计：用于测量气体的温度。

7. 大型恒温水浴或温箱：用于在实验过程中进行温度控制。

实验过程1. 将空气装在滑动焊接组件中。

2. 将装载气体的容器放在温度控制的大型水浴中。

3. 调节水浴温度，使其与气体温度相同。

4. 开始记录气体的体积、质量及初始温度。

5. 通过恒压泵向容器中注入更多的气体，以维持一定的压力。

6. 开始将装载着气体的容器加热至一定的温度。

气体比热容比v p c c /的测定(振动法)实验目的：1．理解热力学过程中状态变化及基本物理规律；2. 学会用振动法测定空气的比热容比。

实验原理：基本原理如图1所示：图1 实验基本原理气体的定压比热容p c 与定容比热容v c 之比v p c c /=γ 在热力学过程特别是绝热过程中是一个很重要的参数，测定的方法有好多种，这里介绍一种较新颖的方法，测定物体在特定容器中的振动周期来计算值。

振动物体小钢球A 的直径比玻璃管B 的直径仅小0.01-0.02mm ，所以它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口C ，并插入一根细管，通过它各种气体可以注入到烧瓶中。

为了补偿由于空气阻尼引起振动物体A 振幅的衰减，因此通过C 管一直注入一个小气压的气流。

在精密玻璃管B 中的中央开设有一个小孔。

当振动物体A 处于小孔下方的半个振动周期时，注入气体使容器内压力增大，引起物体A 上下振动，而当物体A 处于小孔上方的半个周期时，容器内的气体将通过小孔流出，使物体下沉，以后重复上述过程。

只要适当控制注入气体的流量，物体A 能在玻璃管B 的小孔上下作简谐振动。

设钢球A 的质量为m ，半径为r （直径为d ），当瓶子内压力P 满足下面条件时，刚球A 处于力平衡状态，2rmg p p l π+= 式中l p 为大气压力。

若物体偏离平衡位置一个较小距离x ，则容器内的压力变化dp物体的运动方程为： dp r dldx m 222π= （1） 因为物体振动过程相当快，所以可以看作绝热过程，绝热方程γpV =常数 （2）将（２）式求导数得出 Vdv p dp γ-=2r dV π= （3）将（３）代入（２）式得 ： 04222=⋅+x mV p r dtx d γπ 此式即为熟知得简谐振动方程，它得解为 ：TmV p r πγπω242== 即： 464Tpd mV =γ式中各量均可方便测得，因而可算出γ值。

由气体运动论可以知道，γ值与气体分子的自由度数有关。

实验5—2 空气比热容比的测定理想气体的定压比热容C p 和定容比热容C v 之间满足关系：p v C C R -=，其中R 为气体普适常数；二者之比p v C C γ=称为气体的比热容比，也称气体的绝热指数，它在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如：热机的效率及声波在气体中的传播特性都与空气的比热容比γ有关。

【实验目的】⒈ 用绝热膨胀法测定空气的比热容比。

⒉ 观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律。

⒊ 学习空气压力传感器及电流型集成温度传感器的原理和使用方法。

【实验原理】把原处于环境压强P 0及室温T 0下的空气状态称为状态O (P 0 ，T 0)。

关闭放气阀、打开充气阀，用充气球将原处于环境压强P 0、室温T 0状态下的空气经充气阀压入贮气瓶中。

打气速度很快时，此过程可近似为一个绝热压缩过程，瓶内空气压强增大、温度升高。

关闭进气阀，气体压强稳定后，达到状态Ⅰ(P 1 ，T 1 )。

随后，瓶内气体通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步下降至室温T 0，达到状态Ⅱ(P 2 ，T 0 ),这是一个等容放热过程。

迅速打开放气阀，使瓶内空气与外界大气相通，当压强降至P 0时立即关闭放气阀。

此过程进行非常快时，可近似为一个绝热膨胀过程，瓶内空气压强减小、温度降低；气体压强稳定后，瓶内空气达到状态Ⅲ(P 0 ，T 2 )。

随后，瓶内空气通过容器壁和外界进行热交换，温度逐步回升至室温T 0，达到状态IV(P 3 ，T 0 )，这是一个等容吸热过程。

O (P 0 ，T 0 ) ① 绝热压缩→ Ⅰ(P 1 ，T 1 )② 等容放热→ Ⅱ(P 2 ，T 0 )③ 绝热膨胀→ Ⅲ(P 0 ，T 2 )④ 等容吸热→ IV(P 3 ，T 0 )其中过程①、② 对测量γ没有直接影响，这两个过程的目的是获取温度等于环境温度T 0的压缩空气，同时可以观察气体在绝热压缩过程及等容放热过程中的状态变化。

对测量结果有直接影响的是③、④两个过程。